文/鄭宜芬
美國光子運算新創公司 Lightmatter 於27日宣布,在雷射架構上取得關鍵性突破,正式推出 Very Large Scale Photonics(VLSP) 技術,並已導入至 Guide 平台,打造出業界整合度最高的光源引擎,鎖定 AI 共封裝光學(CPO)與近封裝光學(NPO)應用場景。該技術主打高度整合的雷射設計,目標在於提升頻寬密度、降低系統複雜度,並推動光源製造流程朝類晶圓代工(foundry-grade)量產模式發展。
Lightmatter 表示,VLSP 技術運用大規模光子整合,突破光功率擴展限制,為 AI 時代的光子互連藍圖奠定基礎。Guide 平台在初期驗證階段,即可將光學頻寬密度提升約 8 倍,同時兼顧部署擴展性與波長穩定度,為 AI 資料中心持續擴大的運算與互連需求,提供新的光源設計方向。
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從頻寬瓶頸回看雷射架構限制 如何突破功率牆
隨著 AI 叢集規模快速成長,資料中心效能逐漸受限於「頻寬密度」,不僅出現在晶片 I/O 邊緣,也回溯到光子互連最上游的雷射光源架構。目前主流的 CPO 與 NPO 解決方案,多採用分離式磷化銦(InP)雷射,整合於外接式雷射小型可插拔模組(ELSFP)中。
然而,這類架構正面臨所謂的「功率牆(power wall)」瓶頸。在高功率運作情境下,連接器端面與以環氧樹脂黏合的結構,容易因污染物吸收光能而產生熱損傷,甚至在僅數百毫瓦的功率下,就可能導致光纖受損。這使得單純透過提升 InP 雷射輸出功率來擴展效能的傳統雷射技術路線,逐漸失去實用性。
在現行架構中,若要將頻寬提升一倍,往往意味著 ELSFP 模組數量也必須同步翻倍,進而推高成本、功耗與前面板空間占用,最後反而降低整體系統的可靠度。
此外,分離式雷射在即將普及的高密度分波多工(DWDM)應用中,也難以長期維持緊密且穩定的波長控制;雷射陣列必須在極小漂移下維持準確波長,對分離式架構而言是一大挑戰。
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VLSP 以高度整合取代模組堆疊
Guide VLSP 光源引擎的設計架構,正是透過大規模光子整合,大幅降低分離式雷射模組所需的元件數,同時提升良率與長期運作可靠度。Lightmatter 表示,該架構可支援從單一波長擴展至 64 個以上波長的雷射技術藍圖,並明顯減少元件數量與組裝複雜度。
在實際驗證中,第一代 Guide 平台已能在 1RU 機箱內支援約 100 Tbps 的交換器頻寬;若以傳統 ELSFP 架構實現相同規模,則需約 18 個模組,並占用多達 4RU 的空間。Lightmatter 認為,這類整合度差異,將成為未來 AI 光學互連是否具備可擴展性的關鍵分水嶺。
Lightmatter 共同創辦人暨執行長 Nicholas Harris 指出,隨著 MoE 與世界模型的訓練規模持續放大,從運算、互連到光源,都必須具備半導體等級的整合能力,「可擴展的雷射,才能真正實現可擴展的 CPO。Guide 透過高度整合,帶來突破性的頻寬密度」。
結合台積電矽光子與混合鍵合生態系
在製造與供應鏈策略上,Lightmatter 目前將自身定位為 IC 設計公司,並已與台積電旗下 ASIC 業者創意合作,利用台積電矽光子平台 COUPE 進行製造與整合;封裝測試端則與日月光建立合作關係。
公司亦透露,Guide 所採用的整合式雷射架構,是將 InP 材料透過混合鍵合(hybrid bonding)方式,直接整合至矽光子晶圓上,讓雷射光源可透過光波導直接導光,無須額外鏡頭與隔離器。此作法不僅節省空間,也讓光學耦合在晶片製程階段完成,有助於降低人工組裝比例,推進量產可行性。
業界分析指出,這類需要混合鍵合與先進封裝的光子整合技術,與台積電在先進製程與封裝的布局高度相關,也解釋了 Lightmatter 持續強化與台灣供應鏈合作的原因。不過,分析人士亦提醒,直接在晶片端完成耦合,未來仍需面對光學效率與散熱管理的工程挑戰。
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從 NPO 邁向 CPO 量產
在產品進程上,Lightmatter 表示,Guide 雷射模組已導入 Passage M 與 L(Bobcat)系列的機櫃級驗證平台,並展現單模組最高 51.2 Tbps 頻寬、每條光纖至少 100 mW 光輸出,以及多波長精準控制等關鍵指標。
Lightmatter 首席科學家 Darius Bunandar 指出,公司產品線將率先於 NPO 市場導入,今年可望迎來關鍵轉折,並於明年開始大量出貨;至於 CPO 市場,則預期在明年底市場量產啟動後,出貨規模將同步放大。
深化 CPO 生態系合作
除光源技術外,Lightmatter 亦宣布與 EDA 大廠 Cadence 展開合作,將經矽晶驗證的高速 SerDes 與 UCIe 介面 IP,整合至 Passage 光學引擎中,協助 AI 與 HPC 系統在實際部署時,兼顧頻寬密度與能源效率。
此次合作聚焦於先進 CMOS 製程與標準封裝流程的整合,目標是打造具備量產可行性的 CPO 平台。產業觀察認為,隨著 AI 基礎建設從概念驗證走向實際部署,這類橫跨光學、電子與製造生態系的整合能力,將成為 CPO 能否落地的關鍵條件之一。
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